KR102013289B1 - Sla 3d 프린터 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 SLA 3D 프린터는, 조형판; 상기 조형판을 각각 제어할 수 있는 조형판 이동수단; 상기 조형판과 광경화성 액상 수지가 담겨진 수지 용기; 액상 수지 경화를 위한 UV 광원; 상기 수지 용기, 상기 UV 광원, 상기 조형판 이동수단의 위치를 고정하는 몸체; 상기 수지 용기와 UV 광원 사이의 위치에 삽입할 수 있는 LCD 모듈;을 포함하고, 상기 LCD 모듈은 상기 몸체로부터 착탈 가능하도록 하여, 수명이 다한 LCD 모듈을 쉽게 교체할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

SLA 3D 프린터{SLA 3D PRINTER}
본 발명은 SLA 3D 프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 수지 용기와 UV 광원 사이에 위치에 삽입할 수 있는 LCD 모듈을 포함하는 SLA 3D 프린터에 관한 것이다.
SLA((Stereo Lithography Apparatus)는 3D 프린팅 기술중 하나로서, UV광(자외선, ultraviolet ray)에 경화되는 특성을 갖는 광경화성 액상 재료를 사용하여 UV 레이저를 원하는 형태로 주사(irradiate)하면서 액체를 경화시켜 3D 출력물을 제작하는 기술을 말한다.
즉, SLA 3D 프린터는 광경화성 액상 수지(Photocurable Liquid Resin) 재료를 사용하여 레이저로 경화시키며 한 층 한 층 쌓는 방식을 사용한다.
SLA 3D 프린터 방식에서 광을 주사할 때, 점 단위로 주사할 수도 있지만, 면 단위로 광을 주사할 수도 있다.
특허문헌 1은 면 단위로 자외선 광을 주사하는 SLA 3D 프린터의 예이다.
특허문헌 1은 3차원 프린터 및 프린팅 시스템에 관한 것이다. 특허문헌 1의 발명은, 상면이 개방된 육면체 형상으로 형성되되, 저면은 상부 필름층을 포함하는 필름층으로 형성되고, 내부에 광경화성 재료를 수납하는 수납부, 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하고, 상기 수납부의 하부에서 배치되되 상기 광경화성 재료를 향해 빛을 조사하는 광원부 및 상기 광원부 및 상기 수납부 사이에 배치되는 LCD패널을 포함하고, 상기 LCD패널에 포함된 각각의 픽셀을 개폐하여 상기 광원부에서 조사되는 빛을 상기 광경화성 재료를 향해 선택적으로 통과시키는 스위칭부를 포함할 수 있고, 이를 통해 수납부의 하부에서 조사되는 빛이 왜곡되지 않고 광경화성 재료에 조사될 수 있다.
그러나 LCD(liquid crystal display) 패널을 이용하여 면 단위로 자외선 광을 조사할 때, LCD의 자외선 변형이 일어나기 쉽다. 즉 LCD는 유기 성분으로 구성되기 때문에 자외선을 오랜시간 동안 조사하면 자외선 변형이 발생하여 그 수명이 짧을 수 밖에서 없다.
이럴 경우 3D 출력물의 형상이 부정확하게 형성될 수 있다.
또한 LCD가 자외선 변형이 일어난 경우, 3D 프린터 전체를 사용할 수 없게 되는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 KR 10-2017-0013843 A(공개일:2017.02.07.)
본 발명의 목적은, LCD를 사용하는 SLA 3D 프린터에 있어서, LCD 변형이 일어나기 전에 LCD를 쉽게 교체할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명에 따른 SLA 3D 프린터는, 조형판; 상기 조형판을 각각 제어할 수 있는 조형판 이동수단; 상기 조형판과 광경화성 액상 수지가 담겨진 수지 용기; 액상 수지 경화를 위한 UV 광원; 상기 수지 용기, 상기 UV 광원, 상기 조형판 이동수단의 위치를 고정하는 몸체; 상기 수지 용기와 UV 광원 사이의 위치에 삽입할 수 있는 LCD 모듈;을 포함하고, 상기 LCD 모듈은 상기 몸체로부터 착탈 가능하도록 하여, 수명이 다한 LCD 모듈을 쉽게 교체할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
상기 SLA 3D 프린터는, LCD 모듈에 UV 광이 조사된 사용시간 또는 예상 잔여시간을 기록하는 저장부를 포함할 수 있다.
상기 SLA 3D 프린터는, LCD 모듈에 조사된 사용시간이 일정 기준치 이상이 되면 경고신호를 출력하도록 할 수 있다.
상기 SLA 3D 프린터는, LCD 모듈에 UV 광이 조사된 사용시간 또는 예상 잔여시간을 저장부에 기록할 때, LCD 모듈의 LCD 면을 다수의 구역으로 나누어서 각 구역별로 사용시간 또는 예상 잔여시간을 기록할 수 있다.
상기 SLA 3D 프린터는, 3D 출력물 출력을 위한 광 조사 구역을 설정할 때, 사용시간이 최대인 구역의 추가 사용시간이 최소가 되도록 광 조사 구역을 설정할 수 있다.
상기 SLA 3D 프린터에서, LCD 모듈에 UV 광이 조사된 사용시간 또는 예상 잔여시간을 기록하는 저장부는 LCD 모듈 내부에 위치할 수 있다.
본 발명에 따른 SLA 3D 프린터는, LCD 변형이 일어나기 전에 LCD를 쉽게 교체할 수 있도록 함으로써, SLA 3D 프린터를 오랫동안 사용하면서도 정확한 형상의 3D 출력물을 출력할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 SLA 3D 프린터의 구성도
도 2는 본 발명에 의한 SLA 3D 프린터의 개념도
도 3은 본 발명에 의한 SLA 3D 프린터의 단면도의 예
도 4는 본 발명에 의한 LCD 모듈의 실시예의 사시 투시도
도 5는 본 발명에 의한 LCD 모듈의 실시예의 정면 투시도
도 6은 본 발명에 의한 LCD 모듈의 실시예의 평면 투시도
도 7은 본 발명에 의한 LCD 모듈의 실시예의 측면 투시도
도 8은 본 발명에 의한 LCD 모듈이 삽입되기 전의 SLA 3D 프린터의 사시도의 예
도 9는 본 발명에 의한 LCD 모듈이 삽입된 후의 SLA 3D 프린터의 사시도의 예
도 10은 LCD 모듈의 구역별로 잔여수명을 표시한 예
도 11은 LCD 모듈의 수명이 거의 다한 상태에서 잔여수명이 많이 남은 구역을 이용하여 출력하는 예
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명에 의한 SLA 3D 프린터의 구성도이다.
본 발명에 의한 SLA 3D 프린터(100)는 제어부(110), 저장부(120), UV 광원(130), LCD 모듈(140), 수지 용기(150), 조형판(160), 조형판 이동수단(170)을 포함한다.
UV 광원(130)에서 자외선 광을 조사하면, LCD 모듈(140)에서 미리 설정된 모양의 자외선 광을 통과시킨다. 그 광의 모양대로 수지 용기(150) 내부의 광경화성 액상 수지가 경화되게 되고 그 경화된 수지는 조형판(160) 위에 부착된다. 조형판 이동수단(170)에 의해 조형판(160)이 이동하게 되면, 조형판(160) 위에 3D 출력물을 한 층씩 적층할 수 있다.
제어부(110)는 SLA 3D 프린터의 각종 구성요소를 제어하는 장치이고, 저장부(120)는 SLA 3D 프린터의 제어를 위해 필요한 정보를 저장하는 장치이다.
본 발명에 의한 SLA 3D 프린터(100)는 각종 구성요소를 고정하기 위한 몸체를 포함한다.
도 2는 본 발명에 의한 SLA 3D 프린터의 개념도이다.
도 2에서, UV 광원(130)에서 자외선 광을 조사하면, LCD 모듈(140)에서 미리 설정된 모양의 자외선 광을 통과시킨다. 그 광의 모양대로 수지 용기(150) 내부의 광경화성 액상 수지가 경화되게 되고 그 경화된 수지는 조형판(160) 위에 부착된다. 조형판 이동수단(170)에 의해 조형판(160)이 이동하게 되면, 조형판(160) 위에 3D 출력물을 한 층씩 적층할 수 있다.
도 3은 본 발명에 의한 SLA 3D 프린터의 단면도의 예이다.
도 3에서, UV 광원(130)에서 자외선 광을 조사하면, LCD 모듈(140)에서 미리 설정된 모양의 자외선 광을 통과시키고, 그 통과된 광은 수지 용기(150)쪽으로 향한다. 도 3에서 화살표의 방향은 자외선 광의 진행방향이다.
도 4는 본 발명에 의한 LCD 모듈의 실시예의 사시 투시도이고, 도 5는 본 발명에 의한 LCD 모듈의 실시예의 정면 투시도이고, 도 6은 본 발명에 의한 LCD 모듈의 실시예의 평면 투시도이고, 도 7은 본 발명에 의한 LCD 모듈의 실시예의 측면 투시도이다.
도 8은 본 발명에 의한 LCD 모듈이 삽입되기 전의 SLA 3D 프린터의 사시도의 예이고, 도 9는 본 발명에 의한 LCD 모듈이 삽입된 후의 SLA 3D 프린터의 사시도의 예이다.
도 8과 도 9의 SLA 3D 프린터의 몸체는 몸체 1(181), 몸체 2(182), 몸체 3(183)을 포함한다.
본 발명에 의한 LCD 모듈(140)이 삽입할 때, 몸체 1(181)의 상부에 LCD 모듈 (140)을 삽입한 후, 몸체 2(182)를 이동시켜 LCD 모듈 (140)의 상부를 덮고, 그 위에 몸체 3(183)을 이동시켜 몸체 2의 상부를 덮을 수 있다.
본 발명에 의한 LCD 모듈(140)이 몸체 부분(본 발명에 의한 SLA 3D 프린터에서 LCD 모듈을 제외한 부분)에 삽입할 때, LCD 모듈(140)에 형성된 전극이 몸체 부분에 형성된 전극과 접촉함으로써, LCD 모듈(140)은 몸체 부분으로부터 전력을 공급받을 수 있다.
LCD 모듈(140)은 몸체 부분과 데이터 통신을 할 필요가 있는데, 무선통신으로 데이터 통신을 할 수도 있지만, 비용을 절감을 위해서는, 유선 통신으로 하는 것이 바람직하다. 즉 본 발명에 의한 LCD 모듈(140)이 몸체 부분에 삽입할 때, LCD 모듈(140)에 형성된 전극이 몸체 부분에 형성된 전극과 접촉함으로써, LCD 모듈(140)과 몸체 부분 사이의 데이터 통신을 위한 유선 연결이 되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 LCD 모듈(140)은 수명이 짧으므로, 여러 개를 구비해 놓고, LCD 모듈(140)의 수명이 다 되면, LCD 모듈(140)을 교체한다. 본 발명의 SLA 3D 프린터에서 수명이 짧은 LCD 모듈(140)만 교체해 준다면, 본 발명의 SLA 3D 프린터는 반영구적으로 사용할 수 있다. 즉 본 발명에서는, LCD 모듈을 SLA 3D 프린터의 몸체로부터 착탈 가능하도록 하여, 수명이 다한 LCD 모듈을 쉽게 교체할 수 있도록 한다.
이때 다수의 LCD 모듈(140)을 관리해야 하는데, 이 다수의 LCD 모듈의 잔여 수명을 쉽게 인지할 수 있도록 관리하는 것이 바람직하다.
본 발명의 SLA 3D 프린터의 몸체 부분에서 특정 LCD 모듈을 인식하기 위해서는 다양한 방법이 사용될 수 있다. 각 LCD 모듈에 고유 넘버를 부여하고 그 고유 넘버를 다양한 방법으로 SLA 3D 프린터의 몸체 부분이 인식하도록 할 수 있다. 그 방법의 예로는 바코드, QR 코드, 마그네틱 띠, NFC 와 같은 근거리 통신 등이 있다. 그런데 비용의 절감을 위해서는, LCD 모듈(140)과 몸체 사이의 데이터 통신을 위한 유선 연결을 통해 LCD 모듈의 고유 넘버를 전송하는 것이 바람직하다.
각각의 LCD 모듈마다 사용시간을 기록한다면, 각각의 LCD 모듈의 예상 잔여 시간을 추정할 수 있다.
각 LCD 모듈의 사용 가능 시간은 생산 단계에서 미리 정해진다. 즉 생산된 LCD 모듈의 사용 가능 시간을 미리 실험으로 확인하여 LCD 모듈의 사용 가능 시간을 미리 확인한다. 그 실험의 결과 사용 가능 시간이 추정되고, LCD 모듈의 사용 시간을 안다면, 사용 가능 시간에서 사용시간을 뺌으로써, 그 LCD 모듈의 예상 잔여시간을 추정할 수 있다.
특정 LCD 모듈의 사용시간은 LCD 모듈에 저장할 수도 있고, SLA 3D 프린터의 몸체 부분에 저장할 수도 있고, 외부의 서버에 저장할 수도 있다.
만일 특정 LCD 모듈의 사용시간을 LCD 모듈에 저장한다면, 특정 LCD 모듈을 다른 몸체 부분에 삽입할 때, 그 삽입된 LCD 모듈의 사용시간을 몸체 부분에서 데이터 통신을 통해 쉽게 인식할 수 있는 장점이 있다. 이때 그 특정 LCD 모듈 내부에 데이터를 저장할 수 있는 저장부가 필요한 것은 당연한 사실이다.
만일 특정 LCD 모듈의 사용 시간을 외부의 서버에 저장한다면, 다수의 LCD 모듈의 사용시간을 외부의 서버에서 체계적으로 관리할 수 있는 장점이 있다.
만일 3D 프린터가 켜질 때나 3D 프린터에 LCD 모듈이 장착될 때, 또는 3D 프린터가 3D 출력물의 출력을 시작할 때, 특정 LCD 모듈의 예상 잔여시간이 특정한 기준치 이하가 되는 경우(또는 사용시간이 일정 기준치 이상이 되는 경우), 경고신호를 출력하도록 몸체 부분을 설계할 수도 있다. 몸체 부분에서 사용자에게 경고신호를 출력하는 방법의 예로는 스피커를 통해 경고음을 출력하거나 디스플레이부에 경고 화면을 출력하는 것이다.
3D 프린터의 작동시에 LCD 모듈의 모든 LCD 면에 자외선이 균일하게 조사되는 것은 아니므로, 각 구역마다 사용시간과 예상 잔여시간이 다를 수 있다. 따라서 LCD 모듈의 LCD 면을 다수의 구역으로 나누어서 각 구역별로 사용시간 또는 예상 잔여시간을 기록하는 것이 바람직하다.
도 10은 LCD 모듈의 구역별로 잔여수명을 표시한 예이다.
도 10에서는, LCD 모듈의 LCD 면을 다수의 구역으로 나누고 각 구역의 예상 잔여시간을 표시하고 있다. 도 10에서, 각 구역의 예상 잔여시간을 숫자로만 표시하면, 각 구역의 잔여시간을 한눈에 알아보기 어려울 수도 있으므로, 색깔을 추가하여 표시할 수도 있다. 예를 들면, 남은 예상 잔여시간이 1시간 미만인 구역은 빨간색으로 표시하고, 예상 잔여시간이 1시간 이상 10시간 미만인 구역은 파란색으로 표시하는 것이다.
본 발명에 의한 SLA 3D 프린터는 구역별 예상 잔여 시간을 이용하여 예상 잔여 시간이 많이 남은 구역을 통해 3D 출력물을 출력(프린트)하도록 하여 LCD 모듈의 사용시간을 최대한으로 늘릴 수 있다.
도 11은 LCD 모듈의 수명이 거의 다한 상태에서 잔여수명이 많이 남은 구역을 이용하여 출력하는 예이다. 도 11에서 우측 상단에 출력물 A를 출력하기에 충분한 구역들(예상 잔여시간이 10시간 이상 남은 구역들을 연결한 면이 출력물 A를 포함할 수 있는 크기인 구역들)이 존재하므로, 그 구역들을 이용하여 자외선 광을 통과시키면, 출력물 A를 정확한 형상으로 프린트할 수 있다.
즉, 3D 출력물 출력을 위한 광 조사 구역을 설정할 때, 사용시간이 최대인 구역의 추가 사용시간이 최소가 되도록 광 조사 구역을 설정함으로써, LCD 모듈의 사용시간을 최대한으로 늘릴 수 있다.
몸체 부분과 LCD 모듈이 데이터 통신을 하는 데이터의 내용으로는 LCD 면을 통해 투과되는 광의 모양(3D 출력물의 각 층의 모양), LCD 모듈(140)의 고유 넘버, 사용시간, 예상 잔여시간 등이 있다.
100 : SLA 3D 프린터
110: 제어부
120: 저장부
130: UV 광원
140: LCD 모듈
150 : 수지 용기
160 : 조형판
170 : 조형판 이동수단
181: 몸체 1
182: 몸체 2
183: 몸체 3

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 조형판;
    상기 조형판을 각각 제어할 수 있는 조형판 이동수단;
    상기 조형판과 광경화성 액상 수지가 담겨진 수지 용기;
    액상 수지 경화를 위한 UV 광원;
    상기 수지 용기, 상기 UV 광원, 상기 조형판 이동수단의 위치를 고정하는 몸체;
    상기 수지 용기와 UV 광원 사이의 위치에 삽입할 수 있는 LCD 모듈;
    을 포함하고,
    상기 LCD 모듈은 상기 몸체로부터 착탈 가능하도록 하여, 수명이 다한 LCD 모듈을 쉽게 교체할 수 있도록 하고,
    LCD 모듈에 UV 광이 조사된 사용시간 또는 예상 잔여시간을 기록하는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 SLA 3D 프린터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    LCD 모듈에 조사된 사용시간이 일정 기준치 이상이 되면 경고신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 SLA 3D 프린터.
  4. 청구항 2에 있어서,
    LCD 모듈에 UV 광이 조사된 사용시간 또는 예상 잔여시간을 저장부에 기록할 때, LCD 모듈의 LCD 면을 다수의 구역으로 나누어서 각 구역별로 사용시간 또는 예상 잔여시간을 기록하는 것을 특징으로 하는 SLA 3D 프린터.
  5. 청구항 4에 있어서,
    3D 출력물 출력을 위한 광 조사 구역을 설정할 때, 사용시간이 최대인 구역의 추가 사용시간이 최소가 되도록 광 조사 구역을 설정하는 것을 특징으로 하는 SLA 3D 프린터.
  6. 청구항 2에 있어서,
    LCD 모듈에 UV 광이 조사된 사용시간 또는 예상 잔여시간을 기록하는 저장부는 LCD 모듈 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 SLA 3D 프린터.
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